RU2751208C1 - Method for processing vanadium alloys - Google Patents

Method for processing vanadium alloys Download PDF

Info

Publication number
RU2751208C1
RU2751208C1 RU2020141184A RU2020141184A RU2751208C1 RU 2751208 C1 RU2751208 C1 RU 2751208C1 RU 2020141184 A RU2020141184 A RU 2020141184A RU 2020141184 A RU2020141184 A RU 2020141184A RU 2751208 C1 RU2751208 C1 RU 2751208C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
annealing
oxygen
vacuum
vanadium
Prior art date
Application number
RU2020141184A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Иван Александрович Дитенберг
Константин Вадимович Гриняев
Иван Владимирович Смирнов
Александр Николаевич Тюменцев
Вячеслав Михайлович Чернов
Михаил Михайлович Потапенко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН)
Priority to RU2020141184A priority Critical patent/RU2751208C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2751208C1 publication Critical patent/RU2751208C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18High-melting or refractory metals or alloys based thereon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

FIELD: radiation materials science.SUBSTANCE: invention relates to the field of radiation materials science and can be used in technological cycles for the production of semi-finished vanadium-based alloys used as structural materials in nuclear fission and synthesis reactors with different types of coolants. The method for processing a workpiece made of vanadium alloys of the V-Cr-Ta-Zr system includes homogenizing annealing, repeated thermomechanical processing by deformation by rolling at room temperature with compression ε=30-50% and annealing at a temperature of 450-700°C for 1 hour, stabilizing vacuum annealing, subsequent diffusion alloying with oxygen by first heat treatment of the workpiece in air in the temperature range 450-700°C for a duration of 1 to 30 minutes and then annealing in a vacuum of 2×10-5Torr at a temperature of 450-1000°C for the time required for absorption oxygen of the oxide film with a surface layer of vanadium alloy and the final stabilizing heat treatment in vacuum at a temperature of 1000-1200°C. Diffusion alloying with oxygen is carried out in at least three stages, alternating with deformation treatment by rolling at room temperature with compression ε=10–20%.EFFECT: obtaining high values of heat resistance and heat resistance of vanadium alloys.1 cl, 1 tbl, 2 ex, 3 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится к области радиационного материаловедения и может быть использовано в технологических циклах получения полуфабрикатов сплавов на основе ванадия, легированных элементами IV (Zr, Ti), V (Ta) и VI (Cr, W) групп Периодической системы элементов и содержащих элементы внедрения (C, O, N) в количестве не менее 0.04 вес. %, используемых в качестве конструкционных материалов в ядерных реакторах деления и синтеза с разными типами теплоносителей (Li, Na, Pb, Pb-Li, Pb-Bi, FLiBe, FLiNaK, He), работающих в условиях облучения, повышенных температур и коррозионных сред, в частности, в качестве оболочек тепловыделяющих элементов реакторов на быстрых нейтронах, элементов бланкета термоядерных реакторов.The invention relates to the field of radiation materials science and can be used in technological cycles for the production of semi-finished alloys based on vanadium, alloyed with elements of IV (Zr, Ti ) , V (Ta) and VI (Cr, W) groups of the Periodic Table of Elements and containing interstitial elements (C , O, N) in an amount of not less than 0.04 wt. % used as structural materials in nuclear fission and fusion reactors with different types of coolants (Li, Na, Pb, Pb-Li, Pb-Bi, FLiBe, FLiNaK, He) operating under conditions of irradiation, elevated temperatures and corrosive environments, in particular, as claddings for fuel elements of fast neutron reactors, blanket elements for thermonuclear reactors.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИLEVEL OF TECHNOLOGY

Известен способ получения листа сплава V-4Ti-4Cr, включающий прокатку слитка при комнатной температуре со степенью деформации 95% и последующие отжиги в вакууме 10-6 Торр при Т = (600-1100)°С в течение 1 часа (A. Nishimura, A. Iwahori, N.J. Heo. T. Nagasaka, T. Muroga, S.-I. Tanaka. Effect of precipitation and solution behavior of impurities on mechanical properties of low activation vanadium alloy // Journal of Nuclear Materials 329-333 (2004) 438-441. (Proceedings of the Eleventh International Conference on Fusion Reactor Materials (ICFRM-11). Kyoto, Japan, December, 2003.)).A known method of producing a sheet of alloy V-4Ti-4Cr, including rolling an ingot at room temperature with a degree of deformation of 95% and subsequent annealing in a vacuum of 10 -6 Torr at T = (600-1100) ° C for 1 hour (A. Nishimura, A. Iwahori, NJ Heo. T. Nagasaka, T. Muroga, S.-I. Tanaka. Effect of precipitation and solution behavior of impurities on mechanical properties of low activation vanadium alloy // Journal of Nuclear Materials 329-333 (2004) 438-441. (Proceedings of the Eleventh International Conference on Fusion Reactor Materials (ICFRM-11). Kyoto, Japan, December, 2003.)).

Известен способ обработки сплавов V-4Ti-4Cr, включающий гомогенизирующий отжиг в вакууме 2 × 10-5 Торр при Т = 1400°С в течение 1 часа, термообработки на воздухе, вакуумный длительный отжиг для поглощения кислорода оксидной пленки поверхностным слоем ванадиевого сплава и термообработка в вакууме при 1400°С в течение 1 часа, обеспечивающая однородное распределение кислорода по толщине образца. После указанных выше операций проводятся 3 цикла термомеханической обработки, состоящие из деформации прокаткой с обжатием ε≈30 – 50% при комнатной температуре и отжига при T = (450 ÷ 700)°С в течение 1 часа. На заключительном этапе производится ступенчатая термообработка при последовательном повышении температуры с 800°C до 1000°C. На каждом шаге время отжига составляет один час. (Потапенко М.М., Чернов В.М., Дробышев В.А., Кравцова М.В., Кудрявцева И.Е., Дегтярёв Н.А., Овчинников С.В., Тюменцев А.Н., Дитенберг И.А., Пинжин Ю.П., Коротаев А.Д. Микроструктура и механические свойства сплава V–4Ti–4Cr в зависимости от режимов химико-термической обработки. ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, 2014, т. 37, вып. 1, стр. 13-17.).A known method of processing V-4Ti-4Cr alloys, including homogenizing annealing in a vacuum of 2 × 10 -5 Torr at T = 1400 ° C for 1 hour, heat treatment in air, vacuum long-term annealing for oxygen absorption of the oxide film by the surface layer of a vanadium alloy and heat treatment in vacuum at 1400 ° C for 1 hour, providing a uniform distribution of oxygen over the thickness of the sample. After the above operations, 3 cycles of thermomechanical treatment are carried out, consisting of deformation by rolling with compression ε≈30 - 50% at room temperature and annealing at T = (450 ÷ 700) ° C for 1 hour. At the final stage, stepwise heat treatment is carried out with a sequential increase in temperature from 800 ° C to 1000 ° C. At each step, the annealing time is one hour. (Potapenko M.M., Chernov V.M., Drobyshev V.A., Kravtsova M.V., Kudryavtseva I.E., Degtyarev N.A., Ovchinnikov S.V., Tyumentsev A.N., Ditenberg IA, Pinzhin Yu.P., Korotaev AD Microstructure and mechanical properties of the V – 4Ti – 4Cr alloy depending on the regimes of chemical thermal treatment VANT Ser. Thermonuclear synthesis, 2014, vol. 37, no. 1, pp. 13-17.).

Недостатками вышеперечисленных аналогов является малая объемная доля и значительная неоднородность распределения упрочняющих частиц второй фазы, что приводит к низкой эффективности дисперсного упрочнения, низкая термическая стабильность частиц второй фазы в сочетании с неэффективным в таком случае при повышенных температурах совместным дисперсным и субструктурным упрочнением приводят к снижению температуры рекристаллизации, и, как следствие, снижению прочностных свойств.The disadvantages of the above analogs are the small volume fraction and significant heterogeneity of the distribution of the reinforcing particles of the second phase, which leads to a low efficiency of disperse hardening, low thermal stability of the particles of the second phase, combined with ineffective in this case at elevated temperatures, joint dispersed and substructural hardening lead to a decrease in the recrystallization temperature , and, as a consequence, a decrease in strength properties.

Наиболее близким по технической сущности решением, выбранным в качестве прототипа, является комбинированный способ обработки сплавов ванадия, раскрытый в патенте РФ (№2605015 С1, RU, МПК C22F 1/18 (2006.01), C22C 27/02 (2006.01) Комбинированный способ обработки сплавов ванадия / Дитенберг И.А., Тюменцев А.Н., Смирнов И.В., Гриняев К.В., Пинжин Ю.П., Коротаев А.Д., Чернов В.М., Потапенко М.М., Дробышев В.А., ФГАОУВО НИ ТГУ, ФГБУН ИФПМ СО РАН, АО "ВНИИНМ" – № 2015126926/02. Заявл. 07.07.2015. Опубл. 20.12.2016, Бюл. № 35.), включающий: гомогенизацию при температуре 1400°С в течение 1 часа, многократную термомеханическую обработку «пластическая деформация прокаткой с обжатием ε≈30 – 50% + отжиг при T = (450 ÷ 700)°С в течение 1 часа», диффузионное легирование сплавов кислородом и заключительный стабилизирующий отжиг при температуре 1000 – 1100°С. Диффузионное легирование, включает в себя термообработку заготовок на воздухе при температуре не более 700°C, при этом длительность термообработки варьируется от 1 минуты и более, и вакуумный (2 × 10-5 Торр) отжиг в интервале (450 ÷ 750)°C в течение нескольких часов для поглощения кислорода оксидной пленки поверхностным слоем ванадиевого сплава. На заключительном этапе производится стабилизирующая ступенчатая термообработка при последовательном повышении температуры 1000°C, 1 час + 1100°C, 1 час.The closest solution in technical essence, chosen as a prototype, is a combined method for processing vanadium alloys, disclosed in the patent of the Russian Federation (No. 2605015 C1, RU, IPC C22F 1/18 (2006.01), C22C 27/02 (2006.01) Combined method for processing alloys vanadium / Ditenberg I.A., Tyumentsev A.N., Smirnov I.V., Grinyaev K.V., Pinzhin Yu.P., Korotaev A.D., Chernov V.M., Potapenko M.M., Drobyshev V.A., FGAOUVO NI TSU, FGBUN IPPM SB RAS, JSC "VNIINM" - No. 2015126926/02. Appl. 07.07.2015. Publ. 20.12.2016, bull. No. 35.), including: homogenization at a temperature of 1400 ° С for 1 hour, multiple thermomechanical processing "plastic deformation by rolling with compression ε≈30 - 50% + annealing at T = (450 ÷ 700) ° С for 1 hour", diffusion alloying of alloys with oxygen and final stabilizing annealing at a temperature 1000 - 1100 ° C. Diffusion alloying includes heat treatment of workpieces in air at a temperature of no more than 700 ° C, while the duration of heat treatment varies from 1 minute or more, and vacuum (2 × 10 -5 Torr) annealing in the range (450 ÷ 750) ° C in for several hours to absorb the oxygen of the oxide film by the surface layer of the vanadium alloy. At the final stage, a stabilizing stepwise heat treatment is carried out with a sequential temperature increase of 1000 ° C, 1 hour + 1100 ° C, 1 hour.

Недостатком прототипа является относительно невысокая термическая стабильность микроструктуры, обуславливающая недостаточную жаропрочность обработанного материала при температурах, превышающих 1000°C.The disadvantage of the prototype is the relatively low thermal stability of the microstructure, causing insufficient heat resistance of the treated material at temperatures exceeding 1000 ° C.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION

Задачей настоящего изобретения является разработка способа обработки ванадиевых сплавов с использованием внутреннего окисления с деформационной стимуляцией, обеспечивающего увеличение объемной доли мелкодисперсной фазы, формирование градиентного структурно-фазового состояния и повышение эффективности мультипликативного эффекта дисперсного и субструктурного типов упрочнения.The objective of the present invention is to develop a method for processing vanadium alloys using internal oxidation with deformation stimulation, which provides an increase in the volume fraction of a finely dispersed phase, the formation of a gradient structural-phase state and an increase in the efficiency of the multiplicative effect of dispersed and substructural hardening types.

Технический результат – получение более высоких значений жаропрочности и жаростойкости ванадиевых сплавов, легированных элементами IV (Zr, Ti), V (Ta) и VI (Cr, W) групп Периодической системы элементов.EFFECT: obtaining higher values of heat resistance and heat resistance of vanadium alloys alloyed with elements of IV (Zr, Ti ) , V (Ta) and VI (Cr, W) groups of the Periodic Table of Elements.

Поставленная задача решается тем что, как и известный предлагаемый в настоящем изобретении способ, включает:The problem is solved by the fact that, like the known method proposed in the present invention, it includes:

– гомогенизацию,- homogenization,

– многократную термомеханическую обработку «пластическая деформация + отжиг»,- multiple thermomechanical processing "plastic deformation + annealing",

– диффузионное легирование сплавов кислородом и- diffusion alloying of alloys with oxygen and

– заключительный стабилизирующий отжиг. - final stabilizing annealing.

Новым является то, что диффузионное легирование кислородом проводится в несколько этапов и чередуется с деформационными обработками, стимулирующими проникновение кислорода в объем материала.What is new is that diffusion alloying with oxygen is carried out in several stages and alternates with deformation treatments that stimulate the penetration of oxygen into the bulk of the material.

В частности, заготовки сплава после гомогенизирующего отжига в интервале температур 1000 ÷ 1500°C в течение 1 часа подвергают трём (или более) циклам термомеханической обработки, состоящих из деформации прокаткой с обжатием ε≈30 – 50 % при комнатной температуре и отжига при T = 450 ÷ 700°C в течение 1 часа.In particular, alloy billets after homogenizing annealing in the temperature range 1000 ÷ 1500 ° C for 1 hour are subjected to three (or more) cycles of thermomechanical processing, consisting of deformation by rolling with compression ε≈30-50% at room temperature and annealing at T = 450 ÷ 700 ° C for 1 hour.

Стабилизация сформированного структурного состояния проводится отжигом в вакууме при 1000 C в течение часа.The stabilization of the formed structural state is carried out by annealing in vacuum at 1000 C for an hour.

Затем следует несколько (не менее трёх) циклов чередования стимулирующей деформационной обработки прокаткой с обжатием ε≈10 – 20% и диффузионного легирования кислородом.This is followed by several (at least three) cycles of alternating stimulating deformation processing by rolling with compression ε≈10 - 20% and diffusion alloying with oxygen.

Диффузионное легирование кислородом состоит из термообработки на воздухе при температуре T = 450 ÷ 700°C, приводящей к образованию поверхностных окисных пленок V2O5, и серии вакуумных (2 × 10-5 Торр) отжигов в интервале 450 ÷ 1000°C в течение нескольких часов для поглощения кислорода оксидной пленки поверхностным слоем ванадиевого сплава.Diffusion doping with oxygen consists of heat treatment in air at a temperature T = 450 ÷ 700 ° C, leading to the formation of surface oxide films of V 2 O 5 , and a series of vacuum (2 × 10 -5 Torr) annealings in the range 450 ÷ 1000 ° C for several hours for oxygen absorption of the oxide film by the surface layer of the vanadium alloy.

При этом, в зависимости от элементного и фазового состава обрабатываемого сплава и требуемой концентрации кислорода, длительность термообработок на воздухе варьируется от 1 до 30 минут.At the same time, depending on the elemental and phase composition of the alloy being processed and the required oxygen concentration, the duration of heat treatments in air varies from 1 to 30 minutes.

На заключительном этапе следует стабилизирующая вакуумная термообработка в интервале 1000 ÷ 1200°C.The final stage is followed by a stabilizing vacuum heat treatment in the range of 1000 ÷ 1200 ° C.

В результате термомеханической обработки в сплавах ванадия формируется гетерофазное структурное состояние, характеризуемое высокой плотностью дефектов кристаллического строения и формированием мелкодисперсных частиц на основе фаз внедрения. Последующее легирование кислородом позволяет сформировать в материале однородное распределение мелкодисперсных частиц оксидной фазы и реализовать эффективное совместное дисперсное и субструктурное упрочнение. Деформационная стимуляция между циклами диффузионного легирования кислородом обеспечивает поддержание постоянной высокой плотности дефектов, увеличивающих диффузию кислорода в материал, и играет важнейшую роль для формирования градиентного структурно-фазового состояния.As a result of thermomechanical treatment in vanadium alloys, a heterophase structural state is formed, characterized by a high density of crystal structure defects and the formation of fine particles based on interstitial phases. Subsequent alloying with oxygen makes it possible to form a uniform distribution of fine particles of the oxide phase in the material and to realize effective joint dispersed and substructural hardening. Deformation stimulation between the cycles of diffusion doping with oxygen maintains a constant high density of defects that increase the diffusion of oxygen into the material, and plays an important role in the formation of a gradient structural-phase state.

ИЗОБРЕТЕНИЕ ПОЯСНЯЕТСЯ ГРАФИЧЕСКИМИ МАТЕРИАЛАМИTHE INVENTION IS EXPLAINED BY THE DRAWINGS

На фиг. 1 представлена микроструктура сплава V-Cr-Ta-Zr после предлагаемого режима обработки Стабилизирующий отжиг при 1000°C. РЭМ. Electron backscatter diffraction (EBSD).FIG. 1 shows the microstructure of the V-Cr-Ta-Zr alloy after the proposed treatment mode Stabilizing annealing at 1000 ° C. SEM. Electron backscatter diffraction (EBSD).

На фиг. 2 приведено распределение микротвёрдости по расстоянию от поверхности образца сплава V-Cr-Ta-Zr после предлагаемого режима обработки. Стабилизирующий отжиг при 1000°C.FIG. 2 shows the distribution of microhardness by distance from the surface of the sample of the V-Cr-Ta-Zr alloy after the proposed processing mode. Stabilizing annealing at 1000 ° C.

На фиг. 3 приведены фрактограммы сплава V-Cr-Ta-Zr при разных увеличениях после предлагаемого режима обработки и растяжения при 800°C. Стабилизационный отжиг при 1100°C. РЭМ.FIG. 3 shows fractograms of the V-Cr-Ta-Zr alloy at different magnifications after the proposed processing and stretching regime at 800 ° C. Stabilization annealing at 1100 ° C. SEM.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯCARRYING OUT THE INVENTION

Примеры конкретного осуществления изобретения приведены ниже:Examples of specific implementation of the invention are given below:

Пример 1Example 1

Заготовки сплава V-6,8Cr-6,1Ta-0,79Zr после гомогенизирующего отжига при температуре 1400°С и 3-х циклов термомеханической обработки, состоящих из деформации прокаткой с обжатием ε≈30% при комнатной температуре и отжига при T = 550°С в течение 1 часа, стабилизируют отжигом в вакууме при 1000°С в течение часа. Billets of V-6.8Cr-6.1Ta-0.79Zr alloy after homogenizing annealing at a temperature of 1400 ° C and 3 cycles of thermomechanical treatment, consisting of deformation by rolling with compression ε≈30% at room temperature and annealing at T = 550 ° C for 1 hour, stabilized by annealing in vacuum at 1000 ° C for an hour.

Затем следуют три цикла чередования деформационной обработки прокаткой с обжатием ε≈20%, термообработок на воздухе при Т = 550°С, 30 минут и вакуумных (2 × 10-5 Торр) отжигов при 600°С в течение 10 часов.This is followed by three cycles of alternating deformation processing by rolling with compression ε≈20%, heat treatments in air at T = 550 ° C, 30 minutes, and vacuum (2 × 10 -5 Torr) anneals at 600 ° C for 10 hours.

На заключительном этапе производится термообработка при температуре 1200°C, 1 час.At the final stage, heat treatment is carried out at a temperature of 1200 ° C for 1 hour.

Пример 2Example 2

Заготовки сплава V-4,23Cr-7,56W-1,69Zr после гомогенизирующего отжига при температуре 1400°C и 3-х циклов термомеханической обработки, состоящих из деформации прокаткой с обжатием ε≈50% при комнатной температуре и отжига при T = 550°C в течение 1 часа, стабилизируют отжигом в вакууме при 1000°C в течение часа.Billets of V-4.23Cr-7.56W-1.69Zr alloy after homogenizing annealing at a temperature of 1400 ° C and 3 cycles of thermomechanical treatment, consisting of deformation by rolling with compression ε≈50% at room temperature and annealing at T = 550 ° C for 1 hour, stabilized by annealing in vacuum at 1000 ° C for an hour.

Затем следуют пять циклов чередования деформационной обработки прокаткой с обжатием ε≈10%, термообработок на воздухе при Т = 700°C, 5 минут и вакуумных (2 × 10-5 Торр) отжигов при 1000°C в течение 5 часов.This is followed by five cycles of alternating deformation processing by rolling with compression ε≈10%, heat treatments in air at T = 700 ° C for 5 minutes and vacuum (2 × 10 -5 Torr) anneals at 1000 ° C for 5 hours.

На заключительном этапе производится термообработка при температуре 1100°C, 1 час.At the final stage, heat treatment is carried out at a temperature of 1100 ° C for 1 hour.

На фиг. 1 представлена формирующаяся в результате предлагаемой обработки градиентная структура сплава V-Cr-Ta-Zr. На карте ориентаций хорошо заметно, что приповерхностные слои, характеризуемые наиболее высоким содержанием кислорода и, соответственно, мелкодисперсных оксидных частиц, после стабилизирующего отжига при 1000°C не только не были подвержены рекристаллизации, но и сохраняют градиентную окраску. Такое поведение свидетельствует о высокой термической стабильности сформированных структурных состояний. Измерения микротвёрдости (фиг. 2) при удалении от поверхности образца хорошо коррелируют с результатами структурных исследований. Необходимо отметить, что именно формирование градиентного структурного состояния обеспечивает плавное изменение микротвёрдости материала, что положительным образом сказывается и на механическом поведении образцов на макромасштабном уровне. Изучение фрактограмм растянутых при разных температурах образцов показало, что изломы имеют однородную структуру и характеризуются вязким характером разрушения (фиг. 3).FIG. 1 shows the gradient structure of the V-Cr-Ta-Zr alloy formed as a result of the proposed treatment. The orientation map clearly shows that the near-surface layers, characterized by the highest oxygen content and, accordingly, fine oxide particles, after stabilizing annealing at 1000 ° C, not only did not undergo recrystallization, but also retained the gradient color. This behavior indicates a high thermal stability of the formed structural states. Measurements of microhardness (Fig. 2) at a distance from the sample surface correlate well with the results of structural studies. It should be noted that it is the formation of the gradient structural state that provides a smooth change in the microhardness of the material, which has a positive effect on the mechanical behavior of the samples at the macroscale level. The study of fractograms of the samples stretched at different temperatures showed that the fractures have a homogeneous structure and are characterized by a viscous nature of fracture (Fig. 3).

Прочностные характеристики материала после предлагаемой обработки существенно повышаются (таблица 1). В частности, сплав V-Cr-Ta-Zr после применения представленного метода и стабилизации при 1100°C обладает пределом текучести ~340 МПа при 800°C, а стабилизация при 1000°C позволяет увеличить предел текучести при 800°C до ~430 МПа, что более чем в два раза превышает прочностные характеристики при этой температуре для наиболее известной системы ванадиевых сплавов V-4Ti-4Cr. Необходимо отметить, что рассматриваемый в качестве примера сплав V-Cr-Ta-Zr до обработки обладал существенно худшими прочностными характеристиками по сравнению со сплавом V-Cr-W-Zr, рассматриваемом в прототипе.The strength characteristics of the material after the proposed treatment are significantly increased (table 1). In particular, the V-Cr-Ta-Zr alloy, after applying the presented method and stabilization at 1100 ° C, has a yield strength of ~ 340 MPa at 800 ° C, and stabilization at 1000 ° C allows an increase in the yield stress at 800 ° C to ~ 430 MPa , which is more than twice the strength characteristics at this temperature for the most famous system of vanadium alloys V-4Ti-4Cr. It should be noted that the V-Cr-Ta-Zr alloy considered as an example before processing had significantly worse strength characteristics compared to the V-Cr-W-Zr alloy considered in the prototype.

Применение предлагаемой обработки до сопоставимых концентраций кислорода уже позволяет превзойти результат прототипа, а испытания при 1000°C свидетельствуют о высоком потенциале и перспективности предлагаемого способа.The use of the proposed treatment to comparable oxygen concentrations already makes it possible to surpass the result of the prototype, and tests at 1000 ° C indicate the high potential and prospects of the proposed method.

К преимуществам изобретения следует отнести то, что представленный метод позволяет сформировать в объеме материала высокодефектное градиентное состояние, стабилизированное мелкодисперсными частицами оксидной фазы и высокой концентрацией кислорода в твёрдом растворе, в результате чего структура материала остаётся стабильной даже после термообработок при 1200°C. В результате применения предложенного способа повышаются значения прочностных характеристик при сохранении приемлемого запаса пластичности образцов обрабатываемых сплавов, а приемлемый уровень прочностных характеристик сохраняется при температурах, достигающих 1000°C. Формирующиеся в процессе обработки частицы второй фазы характеризуются высокой термической стабильностью. Предлагаемый способ позволяет производить контролируемое изменение концентрации кислорода и объемной доли частиц второй фазы для обеспечения наиболее эффективной реализации мультипликативных эффектов дисперсного, твердорастворного и субструктурного упрочнения. Кроме того, формирование такого состояния позволяет значительно уменьшить негативное воздействие агрессивной среды жидкометаллических теплоносителей.The advantages of the invention include the fact that the presented method allows the formation of a highly defect gradient state in the bulk of the material, stabilized by fine particles of the oxide phase and a high concentration of oxygen in the solid solution, as a result of which the structure of the material remains stable even after heat treatment at 1200 ° C. As a result of applying the proposed method, the values of strength characteristics increase while maintaining an acceptable margin of plasticity for samples of processed alloys, and an acceptable level of strength characteristics is maintained at temperatures reaching 1000 ° C. Particles of the second phase formed during processing are characterized by high thermal stability. The proposed method allows for a controlled change in the oxygen concentration and the volume fraction of particles of the second phase to ensure the most effective implementation of the multiplicative effects of dispersed, solid solution and substructural hardening. In addition, the formation of such a state can significantly reduce the negative impact of the aggressive environment of liquid metal coolants.

Эти результаты свидетельствуют о высокой эффективности разрабатываемого способа обработки сплавов ванадия, легированных элементами IVB группы Периодической системы, для повышения высокотемпературной прочности сплавов и существенного расширения интервала их рабочих температур. These results testify to the high efficiency of the developed method of processing vanadium alloys alloyed with Group IVB elements of the Periodic Table to increase the high-temperature strength of the alloys and to significantly expand the range of their operating temperatures.

Таблица 1 – Пределы текучести (σ0.1), прочности (σВ) и величины относительного удлинения до разрушения (δ) (средние значения) сплавов систем V-Cr-W-Zr (прототип), V-Ti-Cr и V-Cr-Ta-Zr в зависимости от режимов обработки.Table 1 - Yield strength (σ 0.1 ), strength (σ B ) and elongation to fracture (δ) (average values) of alloys of the V-Cr-W-Zr systems (prototype), V-Ti-Cr and V-Cr -Ta-Zr depending on processing modes.

СO, %ат C O ,% at Температура испытаний
Т = 20°C
Test temperature
T = 20 ° C
Температура испытаний
Т = 800°C
Test temperature
T = 800 ° C
Температура испытаний
Т = 900°C
Test temperature
T = 900 ° C
Температура испытаний
Т = 1000°C
Test temperature
T = 1000 ° C
σ0,1, МПаσ 0.1 , MPa σВ, МПаσ B , MPa δ, %δ,% σ0,1, МПаσ 0.1 , MPa σВ, МПаσ B , MPa δ, %δ,% σ0,1, МПаσ 0.1 , MPa σВ, МПаσ B , MPa δ, %δ,% σ0,1, МПаσ 0.1 , MPa σВ, МПаσ B , MPa δ, %δ,% Прототип (V-Cr-W-Zr), температура стабилизации 1100°CPrototype (V-Cr-W-Zr), stabilization temperature 1100 ° C 1.11.1 380380 550550 2121 - - - 180180 210210 20twenty 150150 170170 16sixteen 2.12.1 660660 840840 1717 310310 350350 14fourteen 270270 300300 9nine 210210 240240 9nine Предлагаемая обработка (V-Cr-Ta-Zr), температура стабилизации 1000°CSuggested treatment (V-Cr-Ta-Zr), stabilization temperature 1000 ° C 0.980.98 621621 801801 16sixteen 429429 457457 8eight 366366 381381 8eight - - - Предлагаемая обработка (V-Cr-Ta-Zr), температура стабилизации 1100°CSuggested treatment (V-Cr-Ta-Zr), stabilization temperature 1100 ° C 1.021.02 508508 650650 1313 342342 373373 5five 270270 315315 8eight 228228 248248 11eleven Предлагаемая обработка (V-Cr-Ta-Zr), температура стабилизации 1200°CSuggested treatment (V-Cr-Ta-Zr), stabilization temperature 1200 ° C 0.980.98 516516 660660 1717 327327 411411 15fifteen 271271 317317 19nineteen 205205 302302 2626 Без обработки (V-Ti-Cr), температура стабилизации 1000°CUntreated (V-Ti-Cr), stabilization temperature 1000 ° C 0.060.06 300300 - 20twenty 180180 - 1818 - - - - - - Без обработки (V-Cr-W-Zr), температура стабилизации 1100°CUntreated (V-Cr-W-Zr), stabilization temperature 1100 ° C 0.060.06 320320 470470 2222 195195 300300 20twenty - - - - - - Без обработки (V-Cr-Ta-Zr), температура стабилизации 1100°CUntreated (V-Cr-Ta-Zr), stabilization temperature 1100 ° C 0.170.17 265265 430430 2424 160160 275275 2626 - - - - - -

Claims (2)

1. Способ обработки заготовки из ванадиевых сплавов системы V-Cr-Ta-Zr, включающий гомогенизирующий отжиг, многократную термомеханическую обработку путем деформации прокаткой при комнатной температуре с обжатием ε=30-50% и отжига при температуре 450-700°C в течение 1 часа, стабилизирующий отжиг в вакууме, последующее диффузионное легирование кислородом путем сначала термообработки заготовки на воздухе в интервале температур 450-700°C длительностью от 1 до 30 минут и затем проведение отжигов в вакууме 2×10-5 Торр при температуре 450-1000°C в течение времени, необходимого для поглощения кислорода оксидной пленки поверхностным слоем ванадиевого сплава, и окончательную стабилизирующую термообработку в вакууме при температуре 1000-1200°C, отличающийся тем, что диффузионное легирование кислородом проводят по меньшей мере в три этапа, чередуя его с деформационной обработкой путем прокатки при комнатной температуре с обжатием ε=10–20%.1. A method of processing a workpiece from vanadium alloys of the V-Cr-Ta-Zr system, including homogenizing annealing, multiple thermomechanical processing by deformation by rolling at room temperature with compression ε = 30-50% and annealing at a temperature of 450-700 ° C for 1 hours, stabilizing annealing in vacuum, subsequent diffusion alloying with oxygen by first heat treatment of the workpiece in air in the temperature range of 450-700 ° C for a duration of 1 to 30 minutes and then annealing in a vacuum of 2 × 10 -5 Torr at a temperature of 450-1000 ° C during the time required for the oxygen absorption of the oxide film by the surface layer of the vanadium alloy, and the final stabilizing heat treatment in vacuum at a temperature of 1000-1200 ° C, characterized in that diffusion alloying with oxygen is carried out in at least three stages, alternating with deformation treatment by rolling at room temperature with a reduction ε = 10–20%. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что гомогенизирующий отжиг осуществляют в интервале температур 1000-1500°С в течение 1 часа.2. The method according to claim 1, characterized in that the homogenizing annealing is carried out in the temperature range 1000-1500 ° C for 1 hour.
RU2020141184A 2020-12-15 2020-12-15 Method for processing vanadium alloys RU2751208C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020141184A RU2751208C1 (en) 2020-12-15 2020-12-15 Method for processing vanadium alloys

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020141184A RU2751208C1 (en) 2020-12-15 2020-12-15 Method for processing vanadium alloys

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2751208C1 true RU2751208C1 (en) 2021-07-12

Family

ID=77019632

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020141184A RU2751208C1 (en) 2020-12-15 2020-12-15 Method for processing vanadium alloys

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2751208C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2360012C1 (en) * 2007-10-01 2009-06-27 ГОУ ВПО "Томский государственный университет" Method of thermomechanical treatment of alloys on basis of vanadium
RU2605015C1 (en) * 2015-07-07 2016-12-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) Combined method of processing vanadium alloys
CN106435318A (en) * 2016-11-30 2017-02-22 中国工程物理研究院材料研究所 High-strength high-toughness vanadium alloy and preparation method thereof
RU2623848C2 (en) * 2015-11-19 2017-06-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) Method of manufacturing vanadium alloys blanks
CN106929728A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 联邦科学和工业研究组织 For the vanadium alloy of catalytic film reactor
RU2644832C1 (en) * 2016-12-20 2018-02-14 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) Method of processing vanadium alloy billets
CN106756375B (en) * 2017-01-03 2018-05-18 北京科技大学 A kind of vanadium alloy composite material and preparation method thereof

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2360012C1 (en) * 2007-10-01 2009-06-27 ГОУ ВПО "Томский государственный университет" Method of thermomechanical treatment of alloys on basis of vanadium
RU2605015C1 (en) * 2015-07-07 2016-12-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) Combined method of processing vanadium alloys
RU2623848C2 (en) * 2015-11-19 2017-06-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) Method of manufacturing vanadium alloys blanks
CN106929728A (en) * 2015-12-30 2017-07-07 联邦科学和工业研究组织 For the vanadium alloy of catalytic film reactor
CN106435318A (en) * 2016-11-30 2017-02-22 中国工程物理研究院材料研究所 High-strength high-toughness vanadium alloy and preparation method thereof
RU2644832C1 (en) * 2016-12-20 2018-02-14 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) Method of processing vanadium alloy billets
CN106756375B (en) * 2017-01-03 2018-05-18 北京科技大学 A kind of vanadium alloy composite material and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jeong et al. Correlation between microstructure and corrosion behavior of Zr–Nb binary alloy
JPS59211561A (en) Precise structure manufacture of metal cast
TW200813260A (en) Aluminum alloy for anodizing having durability, contamination resistance and productivity, method for producing the same, aluminum alloy member having anodic oxide coating, and plasma processing apparatus
WO2002014566A1 (en) Nickel-based alloy product and process for producing the same
CN112195369B (en) Corrosion-resistant high-strength neutron shielding alloy material and preparation method thereof
CN113897564B (en) Non-uniform nano heterogeneous structure of high-toughness medium-entropy alloy
JP5916286B2 (en) Method for producing high corrosion resistant zirconium alloy material
RU2751208C1 (en) Method for processing vanadium alloys
Song et al. Improvement of corrosion and wear resistance of novel Zr-Ti-Al-V alloy with high strength and toughness by thermal nitridation treatment
Potapenko et al. Microstructure and mechanical properties of V–4Ti–4Cr alloy as a function of the chemical heat treatment regimes
EP3284837A1 (en) Superbly anti-corrosive zirconium alloy for nuclear fuel cladding and method for producing the zirconium alloy
US20180105915A1 (en) Method of manufacturing zirconium nuclear fuel component using multi-pass hot rolling
Pohrelyuk et al. Corrosion resistance of the Ti-6Al-4V titanium alloy with nitride coatings in 0.9% NaCl
RU2463377C1 (en) Method of chemical-thermal treatment of vanadium alloys alloyed with chrome and titanium
RU2445400C1 (en) TREATMENT METHOD OF VANADIUM-BASED ALLOYS OF V-4Ti-4Cr SYSTEM
RU2605015C1 (en) Combined method of processing vanadium alloys
JP2004250753A (en) Titanium alloy used for cathode electrode for manufacturing electrolytic copper foil, and manufacturing method therefor
CN113373391B (en) Method for improving high-temperature oxidation resistance of nickel-based alloy forging
RU2623848C2 (en) Method of manufacturing vanadium alloys blanks
JPS58133357A (en) Zirconium alloy and manufacture
CN110042335B (en) Treatment process for obtaining complete recrystallization structure of titanium-zirconium alloy with low zirconium content
Stepanova et al. Strain behavior of the hydrogenated submicrocrystalline Ti–6Al–4V alloy
CN112553552B (en) Processing technology for improving mechanical property of titanium-zirconium alloy, titanium-zirconium alloy and implant
Wei et al. Microstructure and corrosion behavior of Zr–1.0 Cr–0.4 Fe–x Mo alloys
CN111809081A (en) High-strength and high-plasticity ZrTiAlNb zirconium-based alloy and preparation method thereof